专利名称：受弯构件荷载环境耦合耐久性试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种持续荷载作用下受弯构件力学性能的试验装置，尤其适用于研究钢筋混凝土受弯构件在环境和荷载耦合作用下耐久性试验的场合，属于土木工程领域。
背景技术：
混凝土结构都是在一定荷载作用下工作的，并经受硬化、渗透、冻融、化学侵蚀等多种因素耦合作用，大量的无荷载作用下的混凝土耐久性成果并不能合理反映结构所处的实际状态。半个世纪以来，混凝土结构由于耐久性不足而导致过早破坏、寿命缩短的事故不断增多，尤其是大坝、道路、桥梁、港口等重大工程以及高层建筑物未达到设计年限就破坏的事故时有发生并造成巨大经济损失和人员伤亡。因此，系统开展双重或多重破坏因素作用下混凝土结构、构件的耐久性和服役性能研究是当前土木工程领域的重大科学技术与理论难题。要研究复杂环境作用与荷载耦合作用下混凝土结构、构件的耐久性必须首先提出一套可以考虑多个因素同时作用的耐久性试验系统。
目前，钢筋混凝土受弯构件在正常使用状态下的长期荷载作用主要通过千斤顶加载、吊篮挂载和杠杆加载方式来模拟。这些试验装置存在以下问题一是加载需要反力架， 装置复杂，所占空间较大，无法放入现有的模拟加速试验设备，如冻融试验机、碳化箱、人工环境模拟箱等模拟实际结构所处的工作环境；二是现有技术多为成组组合的构件通过反力架施加荷载，要测得构件的剩余承载力必须卸去持载装置然后进行静力试验，如专利CN 201681017U公开的技术，在对构件进行极限承载力试验时要卸掉所施加的持续荷载，卸载后荷载引起的微裂缝、应变和挠度等大部分会恢复，因此，测量结果实际上没有充分考虑持续荷载作用的影响，反映的是卸载状态下的结果；三是现有技术加载装置适用的构件尺寸非常小，主要针对材料层次的小试件试验，如专利CN 101275982B公开的技术最大适用试件尺寸为 100 X 100 X 400mm。发明内容
本发明的目的在于解决现有受弯构件长期荷载作用模拟试验装置的缺点，提供一种结构简单、操作方便、体积小巧、不占试验空间，且能同时考虑环境和荷载耦合作用的钢筋混凝土受弯构件全寿命服役性能和剩余承载力变化的试验装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
本发明是一种模拟受弯构件持续荷载作用的加载装置，包括钢筋混凝土受弯构件、拉力筋、锚固件和圆轴加载棒，锚固件对称固定在拉力筋的两端，圆轴加载棒对称设置于拉力筋上，拉力筋的中间水平段平行于钢筋混凝土受弯构件的顶面。
本发明所述的拉力筋对称配置在钢筋混凝土受弯构件的两侧，拉力筋的两端分别用锚固件锚固于受弯构件两侧的下部区域，拉力筋的中间水平段高于钢筋混凝土受弯构件的顶面。
本发明所述的拉力筋对称配置在钢筋混凝土受弯构件的两侧，拉力筋的两端分别用锚固件锚固于受弯构件两侧的下部区域，拉力筋的中间水平段低于钢筋混凝土受弯构件的顶面。
本发明所述的钢筋混凝土受弯构件的两侧斜向对称开设有斜向预留通孔，斜向预留通孔的孔径大于拉力筋的直径，孔的一端出口在钢筋混凝土受弯构件的顶面上，另一端出口在钢筋混凝土受弯构件两端部侧面的下部位置处，所述的拉力筋的中间水平段高于钢筋混凝土受弯构件的顶面，拉力筋的两端穿过预留通孔锚固在受弯构件两端部侧面的下部区域。
本发明还包括带孔加载支座，其中间留有圆形凹槽。
本发明所述的钢筋混凝土受弯构件和圆轴加载棒之间设有圆弧形凹槽定位件。
本发明所述的钢筋混凝土受弯构件(1)相应于圆轴加载棒(4)的安放位置开设有同圆轴加载棒(4)直径相同的圆弧形凹槽或预埋有铁件。
本发明所述的锚固件是插销或螺栓或焊接件。
本发明所述的拉力筋为不锈钢钢绞线或经过防腐处理的高耐久性钢丝或钢绞线， 在环境作用下耐久性不降低。
本发明所述的圆轴加载棒为不锈钢或经过防腐处理的高耐久性钢丝或钢绞线，在环境作用下耐久性不降低。
本发明所述构件在正常使用状态下的持续荷载通过固定在锚固件上拉紧的拉力筋传递给圆轴加载棒的力来实现，持续荷载作用位置与圆轴加载棒所在位置一致，持续荷载作用大小和位置以及张拉力的大小由试验方案确定。
本发明的有益效果主要表现在
1、本加载装置结构简单、操作方便，不受构件尺寸大小的限制，不需构件成对或成组组合；
2、加载装置不锈蚀、强度高，能满足任意荷载比的加载需要；
3、不需要反力架即可对构件施加持续荷载，加载装置体积小，和试验构件一起形成整体，几乎不占空间，能充分利用现有耐久性试验装置如冻融试验机、碳化箱、人工环境模拟箱等模拟构件真实工作状态，研究构件在环境和荷载耦合作用下的耐久性；
4、勿需卸载测试，在对构件进行极限承载力试验时不需要卸掉所施加的持续荷载，可以直接对持载状态的构件(即不卸掉使用荷载的情况下)进行连续的应力-应变、荷载-挠度、剩余承载力等力学性能测试，且持续荷载的加载装置对二次加载没有约束作用， 能够真实反映荷载和环境耦合作用对构件全寿命服役性能和剩余承载力的影响，充分保证试验结果揭示构件的全过程破坏机理和反映构件在实际工作状态下的损伤失效过程。
图1为受弯构件持续荷载的加载实施例1的结构示意图-拉力筋对称配置在钢筋混凝土受弯构件的两侧，拉力筋水平段低于受弯构件顶面，拉力筋两端分别锚固于受弯构件两侧左右端的下部区域的情形的结构示意图2为受弯构件持续荷载的加载实施例2的结构示意图-拉力筋对称配置在钢筋混凝土受弯构件的两侧，拉力筋水平段高于受弯构件顶面，拉力筋两端分别锚固于受弯构件两侧左右端的下部区域的情形的结构示意图。
图3为受弯构件持续荷载的加载实施例3的结构示意图-拉力筋水平段高于受弯构件顶面，拉力筋两端穿过预留孔锚固在受弯构件两端部侧面的下部区域情形的结构示意图4为荷载和环境耦合作用的结构示意图5为剩余承载力加载的结构示意图6为加载支座剖面示意图7为加载支座立面示意图8圆弧形凹槽定位件示意图中，1是钢筋混凝土受弯构件，2是拉力筋，3是锚固件，4是圆轴加载棒，5是斜向预留通孔，6是环境模拟箱，7是带孔加载支座，8是分配横梁，9是力传感器，10是千斤顶，11 是反力架，12是圆弧形凹槽定位件。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步具体描述
一种模拟受弯构件1持续荷载作用的加载装置，包括钢筋混凝土受弯构件1、拉力筋2、锚固件3、圆轴加载棒4、斜向预留通孔5、锚固件3对称固定在拉力筋2的两端，圆轴加载棒4对称设置于拉力筋2上，拉力筋2的中间水平段平行于钢筋混凝土受弯构件1的梁顶面。
构件在正常使用状态下的持续荷载通过两端固定在锚固件3上拉紧的拉力筋2传递给圆轴加载棒4的力来实现。持续荷载作用位置与圆轴加载棒4所在位置一致，持续荷载作用大小和位置以及力的大小由试验方案确定。
钢筋混凝受弯构件1的持续荷载作用结构有多种，现例举以下三个经典的结构
图1为受弯构件持续荷载的加载实施例1的结构示意图，拉力筋2对称配置在钢筋混凝土受弯构件1的两侧，拉力筋2的中间水平段低于钢筋混凝土受弯构件1的顶面，拉力筋2两端分别锚固于受弯构件两侧端的下部区域，锚固可用插销、螺栓或焊接等方法，构件在正常使用状态下的持续荷载通过两端固定在锚固件3上拉紧的拉力筋2传递给圆轴加载棒4的力来实现。
图2为受弯构件持续荷载的加载实施例2的结构示意图，拉力筋2对称配置在钢筋混凝土受弯构件1的两侧，拉力筋2的中间水平段高于钢筋混凝土受弯构件1的顶面，拉力筋2两端分别锚固于受弯构件两侧端的下部区域，锚固可用插销、螺栓或焊接等方法，构件在正常使用状态下的持续荷载通过两端固定在锚固件3上拉紧的拉力筋2传递给圆轴加载棒4的力来实现。
图3为受弯构件持续荷载的加载实施例3的结构示意图，拉力筋2水平段高于受弯构件顶面，拉力筋2两端穿过钢筋混凝土受弯构件1的斜向预留通孔5锚固在受弯构件两端部侧面的下部区域，锚固可用插销、螺栓、锚具或焊接等方法，构件在正常使用状态下的持续荷载通过两端固定在锚固件3上拉紧的拉力筋2传递给圆轴加载棒4的力来实现。
为防止圆轴加载棒4在拉力筋2的作用下发生位置移动，可以采用以下3种解决办法
一是在制作钢筋混凝土受弯构件1时在钢筋混凝土受弯构件1上的荷载作用位置即圆轴加载棒4的安放位置预留同圆轴加载棒4直径相同的圆弧形凹槽；二是在制作钢筋混凝土受弯构件1时在荷载作用位置即圆轴加载棒4的安放位置预埋铁件，待施加荷载时将圆轴加载棒4焊接在预埋铁件上；三是在荷载作用位置在钢筋混凝土受弯构件1和圆轴加载棒4之间安放带有圆弧形凹槽定位件12，通过圆弧形凹槽定位件12的底面和钢筋混凝土受弯构件1的顶面之间的接触摩擦力保证圆弧形凹槽定位件12的固定，圆弧形凹槽定位件12的示意图如图8。
在具体使用过程中，首先按照试验方案要求制作受弯构件并将构件在标准条件下养护。待达到设计强度后，将圆轴加载棒4摆放和固定在设计荷载作用位置；把拉力筋2摆放在圆轴加载棒4之上；由锚固件3固定拉力筋2的一端，张拉拉力筋2的另一端达到设计荷载后用锚固件3固定拉力筋2的另一端，所述拉力的大小由试验方案确定。构件的持续荷载施加完毕后，将施加荷载的受弯构件放入人工环境模拟箱6中，模拟结构的实际工作状态。图4即为施加荷载的受弯构件(图3所示情形)放于环境模拟箱6中荷载和环境耦合作用的结构示意图。当然，放于环境模拟箱6中的施加持续荷载的受弯构件也可以是图1 或图2所示的施加持续荷载的受弯构件情形。待达到设计龄期后，从环境模拟箱7中取出受弯构件将带孔加载支座7对准圆轴加载棒6，在圆轴加载棒6上按图5所示依次布置分配横梁8、力传感器9、千斤顶10，最后在反力架11 (反力架11也可以是压力或万能试验机) 上对受弯构件施加极限荷载，直至结构破坏。图6为带孔加载支座7的剖面示意图，图7为带孔加载支座7的立面示意图，带孔加载支座7的结构如图6与7所示。
下面通过一个完整具体的实施例来对本发明的技术方案作详细说明
(1)如图3所示，首先制作单筋矩形截面钢筋混凝土受弯构件1，受弯构件1的截面尺寸为bXh = 150 X 300mm，长度3000mm，混凝土强度等级C20，配置2根直径为14mm的 HRB335钢筋，保护层30mm，在受弯构件1/3位置处对称预留2个斜向孔5，孔径14mm，孔的一端出口在受弯构件1/3位置处，孔的另一端出口在受弯构件两端部侧面的下部位置处。将成型后的钢筋混凝土受弯构件1两天后拆模并在标准养护室养护观天。
(2)在受弯构件1/3位置处作用两个集中荷载时，根据计算钢筋混凝土受弯构件1 的极限承载力为12kN，对钢筋混凝土受弯构件1施加50%的极限荷载，S卩6kN。首先将2个圆轴加载棒4摆放和固定在钢筋混凝土受弯构件1上1/3位置处；将直径为9. 5mm的1X7 不锈钢钢绞线拉力筋2穿入钢筋混凝土受弯构件1的斜向预留通孔5，并把拉力筋2置于圆轴加载棒4之上，然后用插销锚固件3固定拉力筋2的一端，用穿心式千斤顶张拉拉力筋 2的另一端，考虑到由于受弯构件在环境和荷载耦合作用下其刚度退化引起应力松弛，经计算对受弯构件进行5%的超张拉，实际对拉力筋2施加27. 5kN荷载，当张拉力达到27. 5kN 时，持荷3分钟，然后固定张拉这一端的锚固件3，至此，受弯构件在正常使用状态下的持续荷载就通过固定在锚固件3上拉紧的拉力筋2传递给圆轴加载棒4的力得以实现。
(3)受弯构件的持续荷载施加完毕后，将构件放入人工环境模拟箱6，模拟结构的实际工作状态，如图4所示。
(4)待达到设计龄期后，从环境模拟箱6中取出受弯构件，将带孔加载支座7对准圆轴加载棒4，在圆轴加载棒4上按图5所示依次布置分配横梁8、力传感器9、千斤顶10， 最后在反力架11 (反力架11也可以是压力或万能试验机)上对受弯构件施加极限荷载，直至结构破坏。实际测得受弯构件的剩余承载力为4. 5kN,比不考虑环境和荷载耦合作用的承载力降低25%。
最后，还需要注意的是，本发明中所述的受弯构件包括梁和板。以上列举的仅是本发明的几个具体实施例，显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1.一种模拟受弯构件持续荷载作用的加载装置，其特征在于，包括钢筋混凝土受弯构件(1)、拉力筋( 、锚固件C3)和圆轴加载棒，所述的锚固件C3)对称固定在拉力筋(2) 的两端，圆轴加载棒(4)对称设置于拉力筋( 上，所述的拉力筋( 的中间水平段平行于钢筋混凝土受弯构件(1)的顶面。
2.如权利要求书1所述的加载装置，其特征在于，所述的拉力筋(2)对称配置在钢筋混凝土受弯构件(1)的两侧，拉力筋O)的两端分别用锚固件(3)锚固于受弯构件两侧的下部区域，所述的拉力筋O)的中间水平段高于钢筋混凝土受弯构件(1)的顶面。
3.如权利要求书1所述的加载装置，其特征在于，所述的拉力筋(2)对称配置在钢筋混凝土受弯构件(1)的两侧，拉力筋O)的两端分别用锚固件(3)锚固于受弯构件两侧的下部区域，所述的拉力筋O)的中间水平段低于钢筋混凝土受弯构件(1)的顶面。
4.如权利要求书1所述的加载装置，其特征在于，所述的钢筋混凝土受弯构件(1)的两侧斜向对称开设有斜向预留通孔(5)，所述的预留通孔(5)的孔径大于拉力筋O)的直径，孔的一端出口在钢筋混凝土受弯构件(1)的顶面上，另一端出口在钢筋混凝土受弯构件(1)两端部侧面的下部位置处，所述的拉力筋O)的中间水平段高于钢筋混凝土受弯构件(1)的顶面，拉力筋O)的两端穿过预留通孔( 锚固在受弯构件两端部侧面的下部区域。
5.如权利要求书1所述的加载装置，其特征在于，还包括带孔加载支座(7)，其中间留有圆形凹槽。
6.如权利要求书2或3或4所述的加载装置，其特征在于，所述的钢筋混凝土受弯构件 (1)和圆轴加载棒(4)之间设有圆弧形凹槽定位件(12)。
7.如权利要求书2或3或4所述的加载装置，其特征在于，所述的钢筋混凝土受弯构件 (1)相应于圆轴加载棒的安放位置开设有同圆轴加载棒(4)直径相同的圆弧形凹槽或预埋有铁件。
8.如权利要求书1或2或3或4所述的加载装置，其特征在于，所述的锚固件(3)是插销或螺栓或焊接件。
9.如权利要求书1或2或3或4所述的加载装置，其特征在于，所述的拉力筋(2)为不锈钢钢绞线或经过防腐处理的高耐久性钢丝或钢绞线。
10.如权利要求书1或2或3或4所述的加载装置，其特征在于，所述的圆轴加载棒(4) 为不锈钢或经过防腐处理的高耐久性钢丝或钢绞线。
全文摘要
本发明涉及一种持续荷载作用下受弯构件力学性能的试验装置，尤其适用于研究钢筋混凝土受弯构件在环境和荷载耦合作用下耐久性试验的场合，属于土木工程领域。本发明包括钢筋混凝土受弯构件、拉力筋、锚固件和圆轴加载棒，锚固件对称固定在拉力筋的两端，圆轴加载棒对称设置于拉力筋上，拉力筋的中间水平段平行于钢筋混凝土受弯构件的顶面。本加载装置结构简单、操作方便，不受构件尺寸大小的限制，不需构件成对或成组组合，强度高，能满足任意荷载比的加载需要。
文档编号G01N3/02GK102494945SQ20111036317
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者丁天庭, 刘俊龙, 张科丽, 李强, 禹凯, 陈树东 申请人:浙江建设职业技术学院